Spannung, Strom und Widerstand

Wie lassen sich die Begriffe "Strom", "Spannung", "Widerstand" und "elektrische Leistung" erklären, ohne dabei in die Physik eingehen zu müssen? Eine Möglichkeit wäre das Wassermodell:

Analogie Wasserstromkreislauf zum Stromkreislauf

Analogie Wasserstromkreislauf zum Stromkreislauf

Wir vergleichen:

Wasserstrom bzw. Wassermenge      <=>    Elektrischer Strom I (Einheit A Ampre)

Fallhöhe Wasser                                <=>    Spannung U (Einheit V  Volt)


Wie kann man sich die elektrische Leistung P herleiten? Ebenfalls mittels Wassermodell:

Wann dreht sich das Wasserrad umso schneller? Je gößer die Wassermenge ist.  =>   P  ∼  I

Wann ist das Drehmoment des Wasserrades umso größer?  Mit der Fallhöhe des Wassers  =>  P  ∼  U

=>  P  =  U  *  I    Einheit:  W  Watt


Das Ohmsche Gesetz anhand des Wassermodells erklärt

Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand. Auch hier kann man eine Herleitung mit Hilfe des Wassermodells finden:

Zusammenhang zwischen Strom und Widerstand:

Ohm'scher Widerstand am Wassermodell erklärt

Ohm'scher Widerstand am Wassermodell erklärt

Man erkennt: Bei großem Widerstand haben wir einen kleinen (Wasser)Strom und das Wasserrad dreht sich langsam.

I ∼ 1 ⁄ R    ...(1)

Strom und Spannung anhand des Wassermodells erklärt

Strom und Spannung anhand des Wassermodells erklärt

Man erkennt: Je größer die Fallhöhe bzw. Druck des Wassers, desto größer größer der Wasserstrom und unso schneller dreht sich das Wasserrad. Nach unserer Analogie gilt damit die Proportionalität:  I ∼ U   ...(2)

Faßt man beide Proportionalitäten ...(1) und ...(2) zusammen, dann gelangt man zum sogenannten Ohmschen Gesetz:

I =  U ⁄ R   bzw.   R = U ⁄ I   bzw. U = R * I

R entspricht dem Ohmschen Widerstand in Ω (Ohm)

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